DE2023457C3 - Verfahren und Einrichtung zur Ermittlung der Festigkeit oder Härte eines verformbaren gasdurchlässigen Körpers von zylindrischer Gestalt insbesondere der Härte einer Zigarette - Google Patents

Description

[Pl- Pl) DU
Dl- Dl

H —
erfolgt, wobei

DU der Durchmesser bei fehlender Druckeinwirkung in mm,

P1 der erste Druckwert in kp/cm²,
P 2 der zweite Druckwert in kp/cm²,
Dl der erste Hüllendurchmesser in mm, D 2 der zweite Hüllendurchmesser in mm

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Füllung auf die Umhüllung des Körpers (3) ausgeübte Druck (P 0) nach der Formel

-Pi (P2-Pl)-(Dl/-DI)
- Pl ÖT-~D2

P1 der erste Druck in kp/cm²,

P2 der zweite Druck in kp/cm²,

D1 der erste Hüllendurchmesser in mm und

D 2 der zweite Hüllendurchmesser in mm

ist.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Vorrichtung zur Halterung des zu prüfenden Körpers, dessen zylindrische Mantelfläche eine gasundurchlässige Hülse umgibt, mit einer Dichtung zum Abschluß des einen Endes des Körpers gegenüber dem Atmosphärendruck, mit einer Vorrichtung zum gleichmäßigen Zusammendrücken des Körpers mittels eines Strömungsmittels, mit einer Vorrichtung zur Messung des am anderen Ende des Körper.: erzeugten Drucks und mit einer Vorrichtung zur Messung der dimensionalen Änderung des Körpers, gekennzeichnet durch zumindest einen den Körper (3) umgebenden Ring (4), der mit dem Körper (3) einen ringförmigen Strömungsquerschnitt einschließt, durch eine Vorrichtung (11, 12) zur Erzeugung einer Gasströmung durch den ringförmigen Strömungsquerschnitt und durch eine Vorrichtung (7, 9) zur Messung der Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des ringförmigen Ströirunjrsquerschnitts.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine gasundurchlässige Hülse (24) zur Aufnahme des Körpers (3), die mit dem Ring (4) den ringförmigen Strömungsquerschnitt bildet

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (24) in einer mit einer verschließbaren Öffnung (26) versehenen Kammer (25) angeordnet ist, in der bei verschlossener Öffnung (26) ein Unterdruck zur Erweiterung der Hülse (24) zwecks Eingabe eines Körpers (3) erzeugbar ist

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ringe (4) vorgesehen sind, die jeweils mit dem Körper (3) bzw. der Hülse (24) einen ringförmigen Strömungsquerschnitt bilden, der jeweils eine erste Kammer (25) mit einer zweiten Kammer (2) verbindet, und daß die erste Kammer (25) Atmosphärendruck aufweist, während die zweite Kammer (2) mit einer Vorrichtung (11, 12) zur Erzeugung eines Unterdrucks verbunden ist

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (2) über eine Öffnung (10) mit kritischem Strömungsquerschnitt mit der Vorrichtung (11, 12) zur Erzeugung eines Unterdrucks verbunden ist

abgeleitet wird, wobei

DU der Durchmesser bei fehlender Druckeinwirkung in mm,

65 Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 8.

Die Härte- bzw. Festigkeitseigenschaften von Zigaretten werden mit bekannten Härteprüfgeräten durch Messung der mit einem Kolben unter einer vorbestimmten Krafteinwirkung erzeugten Umfangsveränderung der Zigaretten bestimmt Die mit dem Kolben hervorgerufene Vertiefung ist umgekehrt proportional der in g/mm² ausgedrückten wahren Härte. Meßgeräte, die die Häite von Zigaretten nach diesem bekannten

Verfahren zuverlässig angeben, sind sehr kompliziert aufgebaut und daher kostspielig. Ein Verfahren zur Härtemessung, bei dem die Krafteinv/irkung jedoch durch eine Gasströmung erzeugt wird, ist durch die US-PS34 Π 513 bekannt. s

Durch die US-PS 31 15 742 ist es bekannt, zur Härtemessung eine Zigarette in eine Hülse einzuschieben, einen Druck mittels eines Strömungsmittels auf die Hülse auszuüben und die aus der Zigarette dabei austretende Gasmenge zu messen. Das Verhältnis der Volumenwerte vor der Kompression und nach der Kompression wird dabei als ein Maß für die Festigkeit der Zigarette bezeichnet Die Begriffe »Festigkeit« und »Härte« sind in dem hier betrachteten Zusammenhang gegeneinander austauschbar und bezeichnen ein- und uteselbe Eigenschaft Zur Messung eines geringen, aus einer Zigarette austretenden Gasvoluraens sind aber Einrichtungen erforderlich, die insbesondere in mecha- " nischer Hinsicht sehr genau arbeiten müssen und infolge ihres komplizierten Aufbaues einen hohen Aufwand verursachen.

Aus der US-PS 33 95 570 ist es bekannt, durch Druckoder Saugwirkung ein Druckgefälle zwischen dem die Zigarette umgebenden Raum und dem Inneren der Zigarette herzustellen. Es wird die durch die Füllung und/oder die Umhüllung tretende Strömung gemessen, womit zwar Fehler in der Umhüllung oder der Füllung entdeckt, nicht aber eine Bestimmung der Festigkeit der Zigarette durchgeführt werden kann.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen, wonach die Ermittlung der Festigkeit bzw. Härte eines Körpers, insbesondere einer Zigarette, möglich ist, jedoch im Vergleich zu den für den gleichen Zweck bekannten Verfahren und Vorrichtungen ohne großen Aufwand mit verbesserter Genauigkeit und Zuverlässigkeit erfolgen kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe für das Verfahren in erster Linie durch die Merkmale des Anspruches 1, für die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruches 8.

Die Erfindung arbeitet demgemäß mit einfachen Druck- und Durchmesserbestimmungen bei zwei verschiedenen Druckzuständen und erfordert hierzu keine besonders kostspieligen Vorrichtungen. Wie noch gezeigt wird, kann der gesuchte Härtewert durch einfache Differenz- und Verhältnisbildung aus den aufgezeichneten Werten bestimmt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur so beschrieben, in der ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des Prüfungsverfahrens dargestellt ist. Die darin vorgesehene eigentliche Meßvorrichtung ist im Schnitt gezeigt.

Die Meßvorrichtung enthält mehrere Ringe 4, die eine Zigarette 3 umgeben. Diese Ringe bilden mit ihrer einen Seite eine Wandung einer Kammer 2, mit ihrer anderen Seite eine Wandung einer Kammer 25. Die Kammer 25 erhält durch eine Öffnung 26 Atmosphärendruck. Die Zigarette wird mit einer dünnen Gummiröhre 24 in ihrer Lage gehalten. Die Gummiröhre ist derart gespannt, daß ihr Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser der Zigarette 3 ist.

Eine Dichtung 5 am einen Ende der Gummiröhre 24 dient zur Abschließung der Zigarette gegenüber der Außenatmosphäre, am anderen Ende der Gummiröhre ist ein Rohr 6 vorgesehen, welches das Innere der 7iuarette 3 mit einem Unterdrucksystem verbindet.

Die Kammer 2 ist über eine öffnung 10 mit kritischem Strömungsquerschnitt und ein Ventil 11 mit einer Vakuumpumpe 12 verbunden. Die Vakuumpumpe 12 erzeugt eine Saugwirkung von mindestens 0,6 kp/cm².

Ein Wandler 7 mißt den Druck in der Kammer 2, der eine Funktion des Durchmessers der Zigarette 3 ist. Ein Wandler 8 mißt den auf die Zigarette einwirkenden Unterdruck. Die Wandler 7 und 8 können mit einem umschaltbaren Digitalvoltmeter 9 abgetastet werden.

Durch die öffnung 10 mit kritischem Strömungsquerschnitt bleibt die Strömungsgeschwindigkeit aus der Kammer 2 innerhalb weiter Grenzen unabhängig vom Durchmesser der Röhre 24 konstant, solange zwischen der Röhre 24 und den Ringen 4 ein Zwischenraum vorhanden ist

Die Messung des Durchmessers eines Gegenstandes durch Auswertung des DruckaDfalls eines durch einen ringförmigen Querschnitt um den Gegenstand strömenden Gases ist bekannt. Bei der dargestellten Anordnung bildet jeder Ring 4 einen derartigen ringförmigen Querschnitt. Da mehrere Ringe 4 vorhanden sind, ist der Druck in der Kammer 2 ein Maß für den Durchmesser der Röhre 24 als Mittelwert für die verschiedenen von den Ringen 4 umgebenen Einzeldurchmesser.

Die Ventile 14 und 15 verbinden das Innere der Zigarette mit den Unterdruckkammern 20 und 21. Der Druck in diesen Kammern 20 und 21 wird mit den Steuerventilen 17 und 18 auf etwa -0,1 und — 0,4 kp/cm² gehalten.

Die öffnung 26 kann mit einem Ventil 27 verschlossen werden, welches mit einem über ein Ventil 22 betätigtem Druckluftzylinder 23 bewegt wird. Eine öffnung des Ventils 22 bewirkt eine Schließung der öffnung 26. Umgekehrt wird die öffnung 26 durch Schließung des Ventils 22 freigegeben.

Ein Ventil 13 ist zur Steuerung des in der Kammer 25 erzeugten Unterdrucks vorgesehen. Das Ventil 13 ist mi; einer Unterdruckkammer 19 verbunden, deren Druck durch das Ventil 16 geregelt wird. Der Druck in der Kammer 19 ist so eingestellt, daß bei geschlossener Öffnung 26 die Röhre 24 derart erweitert ist, daß eine Zigarette eingeschoben werden kann.

Das Prüfungsverfahren wird folgendermaßen durchgeführt:

Zunächst sind alle Ventile geschlossen. Dann wird das Ventil 22 geöffnet. Der Zylinder 23 wird mit Druckluft betätigt, so daß die öffnung 26 geschlossen wird. Dann wird das Ventil 13 geöffnet. Die Gummiröhre 24 wird durch den entstehenden Unterdruck erweitert. Es wird eine Zigarette, die Dichtung 5 und das Rohr 6 eingeschoben. Die Ventile 13 und 22 werden geschlossen, so daß die öffnung 26 wieder freigegeben ist. Wird das Ventil 11 geöffnet, so kann der Durchmesser Didder Zigarette ohne Druckbelastung aus der Ablesung des mit dem Voltmeter 9 am Wandler 7 gemessenen Wertes bestimmt werden. Eine öffnung des Ventils 14 verursacht eine Druckbelastung der Zigarette mit 0,1 kp/cm^J. Der Wandler 7 liefert einen Wert für den dann vorhandenen Durchmesser D1, der Wandler 8 einen Wert für den Druck PX. In ähnlicher Weise ergeben sich Werte D2 und P2 für den Zustand bei geschlossenem Ventil 14 und geöffnetem Ventil 15.

Durch Schließung der Ventile 15 und 11 und öffnung der Ventile 22 und 13 wird die Gummiröhre 24 wieder erweitert, so daß eine neue Zigarette zur Prüfung eingeschoben werden kann.

Die Durchmesserwerte D1 und D 2 werden bei einem Druck über dem Wert PO bestimmt, der gleich

dem durch den Tabak auf die Papierhülle ausgeübten Druck ist.

Nach Korrektur der Durchmesserwerte Dl und D 2 durch Subtraktion der Stärke der Röhre 24 kann die Härte W mit folgender Formel bestimmt werden:

Der anfangs durch den Tabak auf die Papierhülle ausgeübte Druck ist

(Pl - PJj (DU - DIj
" Dl - Dl

(Pl- Pl)-DV

H =

Dl - Dl

g/mm²,

wobei

DU der unbelastete Durchmesser, P1 der Druck bei der ersten Belastung, P 2 der Druck bei der zweiten Belastung, D1 der Durchmesser bei Druck P1 und D 2 der Durchmesser bei Druck P 2 ist.

PO = Pl -

Die aus den in vorstehend beschriebener Weise erhaltenen Messungen berechnete Härtezahl entspricht sehr genau den nach bekannten Verfahren erhaltenen Werten. Der Wert des durch den Tabak ausgeübten Drucks kann vorteilhaft bei der Zigarettenherstellung genutzt werden.

Die Gummiröhre 24 ist für die Härtemessung nicht unbedingt erforderlich. Wird sie nicht verwendet, so beeinträchtigt die Porosität des Zigarettenpapiers jedoch die Messungen, so daß entsprechende Korrekturen vorzunehmen sind. Vorzugsweise wird daher eine Röhre 24 verwendet, um solche Korrekturen zu vermeiden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung der Festigkeit oder Härte eines verformbaren gasdurchlässigen Körpers von zylindrischer Gestalt, insbesondere der Härte einer Zigarette, bei welchem der entlang seiner zylindrischen Mantelfläche gegen Gasdurchtritt abgedichtete Körper von außen durch ein Strömungsmittel gleichmäßig zusammengedrückt wird und bei welchem der jeweils auf den Körper ι ο wirkende Druck gemessen und eine zu dem jeweiligen Druck gehörige dimensionale Änderung des Körpers ermittelt sowie dadurch, daß Druck und dimensionale Änderung in Beziehung gesetzt werden, weiter die Härte des Körpers ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als dimensionale Änderung des Körpers sein jeweiliger Durchmesser durch Auswertung des Druckabfalls eines durch einen ringförmigen Querschnitt um den Körper strömenden Gases ermittelt wird, daß zwei Druck/Durchmesser-Wertepaare gemessen und zur Feststellung der Härte des Körpers angewendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (3) in einer gasundurchlässigen Hülse (24) angeordnet und die Stärke dieser Hülse (24) vor der Ableitung des Härtewertes von den Durchmesserwerten abgezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf den Körper durch Anwendung von Unterdruck auf das Innere der Umhüllung des Körpers (3) erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Druckeinwirkung au^f den Körper mit Druckwerten erzeugt wird, die über dem durch die Füllung auf die Umhüllung des Körpers (3) ausgeübten Druck liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ferner der bei fehlender Druckeinwirkung auf den Körper vorhandene Hüllendurchmesser gemessen und zur Ableitung des Härtewertes mitverwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung des Härtewertes mit der Formel